CN108012660A - 一种三维立体摆动喷流式莲藕采收装置及采藕控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种三维立体摆动喷流式莲藕采收装置及采藕控制方法，包括水流传输机构、水流喷射机构、摆动机构和底盘。水流传输机构用于从藕田中吸水；水流喷射机构用于将高压喷射水流冲击莲藕和泥沙；摆动机构控制高压喷射水流以三维立体形式摆动，更高效的采收莲藕；本发明中，摆动机构由水平往复摆动液压缸和垂直扇形摆动液压缸带动做三维立体摆动运动，喷嘴阵列以三维立体的方式摆动实现高效采藕。本发明具有设计结构稳定可靠、使用方法简便、采藕损伤低、作业效率高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种三维立体摆动喷流式莲藕采收装置及采藕控制方法，属于农用机械领域。
背景技术
莲藕是我国极其重要的水生蔬菜，经济价值与营养价值均高。莲藕是一种易种难受的农产品，目前莲藕采收主要靠人工采挖完成：一种是铲挖式，排干池水，使用挖藕锹翻泥采挖；另一种是水枪式，人工携带高压水枪在水中将莲藕从泥中冲出。总之，人工采收的方式，具有成本高、效率低的特点，并且由于作业环境特别恶劣，劳动强度过大，导致采出率低、藕的损伤严重等问题。国内外已有莲藕收获机械的尝试性研究，国外的机器存在操作复杂、不适合中国藕田作业等问题；国内的机器存在采藕效果不稳定，采出率低等问题。
发明内容
针对现有技术的缺陷和不足，本发明提供了一种三维立体摆动喷流式莲藕采收装置及采藕控制方法，目的在于提供一种结构简单、设计合理、使用方便的高效低损伤莲藕采收装置及采藕控制方法，减轻莲藕采收劳动强度，使莲藕采收环节更加省力和高效。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种三维立体摆动喷流式莲藕采收装置，包括水流传输机构、水流喷射机构、摆动机构
和底盘。
所述的水流传输机构用于从藕田中吸水，输送并产生高压水流；所述的水流喷射机构用于将高压喷射水流冲击莲藕和泥沙，进而将莲藕从泥沙中冲出；所述的摆动机构控制高压喷射水流以三维立体形式摆动，更高效的采收莲藕；所述的底盘用于支撑安装水流传输机构、水流喷射机构和摆动机构。
所述的水流传输机构包括过滤筛网、吸水器、进水管、水泵、出水管和分水器。吸水器对称设置在底盘左右两侧，底盘左右两侧各设有两个吸水器；吸水器外面设有过滤筛网，过滤筛网固定在底盘上，过滤筛网用于将藕田中漂浮的杂物和石子隔绝在过滤筛网的外面，避免吸水器吸入杂物和石子；所述的吸水器用于从藕田中吸水；所述的进水管一端对应连接吸水器，另一端连接水泵的进水口；所述的水泵用于输送水流，将低压水流转化为高压水流；水泵的出水口连接出水管一端；所述出水管的另一端连接分水器；所述的分水器用于将单个高压水流转化为数个分支流，分水器呈圆柱形，分水器侧面上在同一水平线上均匀设有多个出水口。
所述的水流喷射机构包括软管阵列和喷嘴阵列。所述的软管阵列由多个软管依次均匀排列组成，每个软管的一端与分水器的出水口对应相连；所述的喷嘴阵列由多个喷嘴依次均匀排列组成；每个软管下端连接一个喷嘴。从藕田吸出的水流依次流经过滤筛网、吸水器、进水管、水泵、出水管、分水器、软管和喷嘴。
所述的摆动机构包括摆动支架、水平往复摆动液压缸、垂直扇形摆动液压缸、支杆和连接座。所述的连接座固定在底盘的后侧面上，连接座上设有圆形孔；所述的支杆呈圆柱形，支杆可活动安装在连接座的圆形孔内，支杆能在圆形孔内转动；所述的水平往复摆动液压油缸为双活塞式液压缸；水平往复摆动液压缸的两端分别连接支杆的两端，水平往复摆动液压缸能随支杆一同转动；所述的喷嘴阵列固定在摆动支架上；摆动支架固定在水平往复摆动液压缸的缸筒上，摆动支架能随水平往复摆动液压缸缸筒的转动而摆动；所述的垂直扇形摆动液压缸一端安装在底盘上，另一端安装在支杆的中部，垂直扇形摆动液压缸的伸缩带动支杆转动，进而带动与支杆间接相连的喷嘴阵列做垂直扇形摆动运动。
本发明还涉及一种三维立体摆动喷流式莲藕采收装置的采藕控制方法，即摆动机构的运动方式，摆动机构通过液压系统控制，摆动机构由水平往复摆动液压缸和垂直扇形摆动液压缸带动做三维立体摆动运动，具体为：一方面，当水平往复摆动液压缸的缸筒左右摆动时，带动固定在摆动支架上的喷嘴阵列左右摆动；另一方面，当垂直扇形摆动液压缸做伸缩运动时，垂直扇形摆动液压缸驱动着固定在支杆上的水平往复摆动液压缸以圆形孔为圆心做圆弧摆动，进而带动摆动支架做圆弧摆动。喷嘴阵列以三维立体的方式摆动执行冲藕动作，实现高效采藕。
所述出水口、软管和喷嘴的数量相等；出水口、软管和喷嘴的数量根据采藕工作幅宽设定。
一种三维立体摆动喷流式莲藕采收装置的采藕控制方法，喷嘴阵列运动轨迹控制步骤如下：
建立三维直角坐标系，设采藕装置行走方向为x轴、竖直方向为y轴、喷头水平往复摆动方向为z轴，在xy平面内设支杆的转动中心为点A,支杆与垂直扇形摆动液压缸的连接点设为点B,垂直扇形摆动液压缸与底盘的连接点设为点C,支杆与水平往复摆动液压缸的连接点设为点D。A点到B点的距离记为c,A点到D点的距离记为R2，A点到C点的距离记为b，B点到C点的距离记为a。设当B点到C点的距离a最小时为初始状态，此时线段AD与水平线的夹角记为∠β，线段AC与线段AB的夹角记为∠ɑ。设采藕装置的行走速度为v0，垂直扇形摆动液压缸的伸缩速度为v1、周期为T1、垂直扇形摆动液压缸伸缩运动时两端的最短距离为d，水平往复摆动液压缸的伸缩速度为v2、周期为T2，支杆的旋转角度为(设支杆绕支点逆时针转角为正)。利用仿真软件做采出莲藕的仿真分析，分别根据公式(1)、(2)、(3) 得出喷嘴队列在x轴、y轴、z轴上的运动状态，从而确定喷嘴阵列的采藕运动轨迹。
喷嘴x轴方向的运动方程为：
喷嘴y轴方向的运动方程为：
其中
喷嘴z轴方向的运动方程为：
本发明具有设计结构稳定可靠、使用方法简便、采藕损伤低、作业效率高等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为三维立体摆动喷流式莲藕采收装置的结构意图
图2为摆动机构的结构图
图3为摆动机构的运动简图
图中：1.底盘 2.过滤筛网 3.吸水器 4.进水管 5.水泵 6.出水管 7. 分水器 8.软管 9.喷嘴 10.摆动支架 11.连接座 12.水平往复摆动液压缸 13.垂直扇形摆动液压缸14.支杆
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1、图2所示，所述的水流传输机构包括过滤筛网2、吸水器3、进水管4、水泵5、出水管6和分水器7。所述的过滤筛网2用于将藕田中漂浮的杂物和石子隔绝在过滤筛网2的外面，避免吸水器3吸入杂物和石子；吸水器3对称设置在底盘1左右两侧，每侧各设有两个吸水器3；吸水器3外面设有过滤筛网2，过滤筛网2固定在底盘1上；所述的吸水器3用于从藕田中吸取水流；所述的进水管4一端对应连接吸水器3，另一端连接水泵5的进水口；所述的水泵5用于输送水流，将低压水流转化为高压水流；水泵5的出水口连接出水管6一端；水泵5的动力输出轴可连接市面常见的柴油机，来提供动力；所述出水管6的另一端连接分水器7；所述的分水器7用于将单个高压水流转化为数个分支流，分水器7呈圆柱形，分水器7侧面上在同一水平线上均匀设有多个出水口。
所述的水流喷射机构包括软管阵列和喷嘴阵列。所述的软管阵列由多个软管8依次均匀排列组成，每个软管8的一端与分水器7的出水口对应相连；所述的喷嘴阵列由多个喷嘴9 依次均匀排列组成；每个软管8下端连接一个喷嘴9。软管8和喷嘴9的数量根据采藕的工作幅宽而增减。从藕田吸出的水流依次流经过滤筛网2、吸水器3、进水管4、水泵5、出水管6、分水器7、软管8、喷嘴9。
所述的摆动机构包括摆动支架10、水平往复摆动液压缸12、垂直扇形摆动液压缸13、支杆14和连接座11。所述的连接座11固定在底盘1的后侧面上，连接座11设有圆形孔；所述的支杆14呈圆柱形，支杆14可活动设置在连接座11的圆形孔内，支杆14能在圆形孔内转动；所述的水平往复摆动液压油缸12为双活塞式液压缸，水平往复摆动液压缸12的两端分别固定在支杆14的两端，水平往复摆动液压缸12能随支杆14一同转动；所述的喷嘴9阵列固定在摆动支架10上；摆动支架10固定在水平往复摆动液压缸12的缸筒上，摆动支架 10能随水平往复摆动液压缸12缸筒的转动而摆动；所述的垂直扇形摆动液压缸13一端安装在底盘1上，另一端安装在支杆14的中部，垂直扇形摆动液压缸13的伸缩带动支杆14转动，从而带动与支杆14间接相连的喷嘴9阵列做垂直扇形摆动运动。
使用时，水泵5的动力输出轴与现有柴油机连接，启动机器，吸水器3从田间吸取水流，过滤筛网2将藕田中的杂物、石子隔档在外面，水流依次流经过滤筛网2、吸水器3、进水管 4、水泵5、出水管6、分水器7、软管8、喷嘴9后，转化为高压水流冲击莲藕和泥沙，将莲藕周围的泥沙冲刷掉，使莲藕从泥沙中脱离后漂浮在水面，莲藕也就被采收了下来。通过设定水平往复摆动液压缸12和垂直扇形摆动液压缸13的伸缩速度控制喷嘴阵列的运动轨迹，使喷嘴阵列处于最适的采藕运动状态。喷嘴阵列的运动状态通过下列公式确定：
①喷嘴x轴方向的运动方程为：
②喷嘴y轴方向的运动方程为：
其中
③喷嘴z轴方向的运动方程为：
本发明中喷嘴能实现三维立体摆动运动，高效的将莲藕采出。
本发明一种三维立体摆动喷流式莲藕采收装置及采藕控制方法具有设计结构稳定可靠、使用方法简便、采藕损伤低、作业效率高等优点。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (6)
1.一种三维立体摆动喷流式莲藕采收装置，其特征在于包括水流传输机构、水流喷射机构、摆动机构和底盘；
所述的水流传输机构用于从藕田中吸水，输送并产生高压水流；所述的水流喷射机构用于将高压喷射水流冲击莲藕和泥沙，将莲藕从泥沙中冲出；所述的摆动机构用于使高压喷射机构以三维立体摆动；所述的底盘用于支撑安装水流传输机构、水流喷射机构和摆动机构；
所述的水流传输机构包括过滤筛网、吸水器、进水管、水泵、出水管和分水器；吸水器对称设置在底盘左右两侧，底盘左右两侧各设有两个吸水器；吸水器外面设有过滤筛网，过滤筛纱网固定在底盘上；所述的进水管一端对应连接吸水器，另一端连接水泵的进水口；所述的水泵用于输送水流，将低压水流转化为高压水流；水泵的出水口连接出水管一端；所述出水管的另一端连接分水器；所述的分水器用于将单个高压水流转化为多个分支流；
所述的水流喷射机构包括软管阵列和喷嘴阵列；所述的软管阵列由多个软管依次均匀排列组成，每个软管的一端与分水器的出水口对应相连；所述的喷嘴阵列由多个喷嘴依次均匀排列组成；每个软管下端连接一个喷嘴；吸水器从藕田吸出的水流依次流经过滤筛网、吸水器、进水管、水泵、出水管、分水器、软管和喷嘴；
所述的摆动机构包括摆动支架、水平往复摆动液压缸、垂直扇形摆动液压缸、支杆和连接座；所述的连接座固定在底盘的后侧面上，连接座上设有圆形孔；所述的支杆呈圆柱形，支杆可活动安装在连接座的圆形孔内，支杆能在圆形孔内转动；水平往复摆动液压缸的两端分别连接支杆的两端，水平往复摆动液压缸随支杆一同转动；所述的喷嘴阵列固定在摆动支架上；摆动支架固定在水平往复摆动液压缸的缸筒上，摆动支架能随水平往复摆动液压缸缸筒的转动而摆动；所述的垂直扇形摆动液压缸一端安装在底盘上，另一端安装在支杆的中部，垂直扇形摆动液压缸的伸缩带动支杆转动，进而带动喷嘴阵列做垂直扇形摆动运动。
2.如权利要求1所述的一种三维立体摆动喷流式莲藕采收装置，其特征在于所述分水器呈圆柱形，分水器侧面上在同一水平线上均匀设有多个出水口。
3.如权利要求1所述的一种三维立体摆动喷流式莲藕采收装置，其特征在于所述的水平往复摆动液压油缸为双活塞式液压缸。
4.如权利要求1所述的一种三维立体摆动喷流式莲藕采收装置，其特征在于所述出水口、软管和喷嘴的数量相等；出水口、软管和喷嘴的数量根据采藕工作幅宽设定。
5.如权利要求1所述的一种三维立体摆动喷流式莲藕采收装置的采藕控制方法，其特征在于：摆动机构通过液压系统控制，摆动机构由水平往复摆动液压缸和垂直扇形摆动液压缸带动做三维立体摆动运动；当水平往复摆动液压缸的缸筒左右摆动时，带动固定在摆动支架上的喷嘴阵列左右摆动；当垂直扇形摆动液压缸做伸缩运动时，垂直扇形摆动液压缸驱动固定在支杆上的水平往复摆动液压缸以圆形孔为圆心做圆弧摆动，进而带动摆动支架做圆弧摆动；喷嘴阵列以三维立体的方式摆动执行采藕动作。
6.如权利要求5所述的一种三维立体摆动喷流式莲藕采收装置的采藕控制方法，其特征在于：喷嘴阵列采藕运动轨迹控制步骤如下：
建立三维直角坐标系，设采藕装置行走方向为x轴、竖直方向为y轴、喷头水平往复摆动方向为z轴，在xy平面内设支杆的转动中心为点A,支杆与垂直扇形摆动液压缸的连接点设为点B,垂直扇形摆动液压缸与底盘的连接点设为点C,支杆与水平往复摆动液压缸的连接点设为点D；A点到B点的距离记为c,A点到D点的距离记为R2，A点到C点的距离记为b，B点到C点的距离记为a；设当B点到C点的距离a最小时为初始状态，此时线段AD与水平线的夹角记为∠β，线段AC与线段AB的夹角记为∠ɑ；设采藕装置的行走速度为v0，垂直扇形摆动液压缸的伸缩速度为v1、周期为T1、垂直扇形摆动液压缸伸缩运动时两端的最短距离为d，水平往复摆动液压缸的伸缩速度为v2、周期为T2，支杆的旋转角度为设支杆绕支点逆时针转角为正；利用仿真软件做采出莲藕的仿真分析，分别根据公式(1)、(2)、(3)得出喷嘴队列在x轴、y轴、z轴上的运动状态，从而确定喷嘴阵列采藕运动轨迹；
喷嘴x轴方向的运动方程为：
喷嘴y轴方向的运动方程为：
其中
喷嘴z轴方向的运动方程为：
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